GPS和GIS在智能交通系统(ITS)中的应用

ITS）就是充分利用现代通讯、定位、传感器及其它与信息有关的技术，减少交通拥挤，提高道路通过量，改善交通安全状况，充分利用路网资源减少对环境的影响，快速实现交通信息的采集和传递，在人、车、路之间构造*优时空模型，从而达到合理地分配交通资源、改善地面交通条件的目的。

由于ITS可以带来巨大的经济效益，具有广阔的市场前景，欧、美等发达国家逐年加大对ITS研究的力度和投人资金。美国凭借其雄厚的资金和先进的技**：孙文彬（1977―），男，2000年获西南交大航测专业学士学位。现在西南交大攻读大地测量与测量工程硕士学位。术，ITS的发展已处于国际**地位，并建成一些局部、小范围内的管理系统和实验系统。1995年，美国开发出了亚特兰大奥运会交通管理系统；1991年在芝加哥开始着手交通管理实验系统（ADVACE计划），对ITS系统的功能进行测试。欧、美、日等国家的一些公司相继推出了ITS相关的产品，如车载显示器、数字地图等，进一步促进了ITS的发展。目前，ITS系统大多仍处于试验、改进阶段，还有广阔的发展空间，有待进一步的完善和实用化，它是未来交通发展的必然趋势。

ITS发展离不开GIS、GPS的支持。GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，适时地提供动态信息。因此，GIS是支持ITS发展的一种关键技术。80年代，人们已经构想和探索把GIS融入到ITS中。GIS不同于简单的数据管理系统，GIS对其所包含的图形、属性信息具有综合、分析等功能，还可以进行图形查询。在GIS中数字地图不仅要以二维坐标的形式表示出来，而且图形要素之间具有拓扑关系，这是ITS中地图匹配、路径查询、路径引导等功能模块实现的基础。ITS所要求的不仅是数据信息的单纯显示，还需要对信息进行综合分析、处理、显示。GIS在ITS中应用*初也是出于这个目的。同时，GIS为ITS中数据管理、数据处理提供了作业管理的模式。

GPS和GLONASS是美国和原苏联分别建立的卫星导航系统，均具有全天候作业、方便、快捷的特点，成为车辆导航定位的**方式。GIS和ITS技术的进步和相互支持，进一步促进了ITS的发展，把ITS带人一个崭新的境界。

2GIS、GPS在ITS应用中的几个问题智能交通系统是一个非常庞大、复杂的系统，是由数字地图数据库、导航定位、地图匹配、路径规划、路径引导、通讯等多个模块构成的，实现了交通和交通管理的智能化，从而有效地利用路网资源，减少不必要的交通事故，降低环境污染。

2.1电子地图库电子地图是智能交通系统一个必不可少的组成部分，是建立ITS的重要基础。路径引导、路径规划、地图匹配等功能模块都是在电子地图基础上实现的。电子地图是利用现有地图进行矢量化，把地图以点、线、区域的形式表达出来，并建立点、线、区域之间的包含和邻接等拓扑关系，便于计算机进行存贮、检索、处理等。电子地图将实物抽象为节点、弧段形状点，用连续的坐标表示出来，可以进行相关的检索、显示、查询。

电子地图的主要功能电子地图的主要功能包括：车辆动态轨迹的显示；目标查询；*优路径和选择。

车辆动态轨迹在电子地图中显示可以分为定位和地图匹配两步。系统中的车辆接受GPS和推算定位（Dead-Reckoing，DR）等相关的定位信息，通过车载计算机的分析处理，得到定位信息并与电子地图进行匹配就可确定车辆的动态位置，实时提供给用户动态地图位置信息。由车载通讯设备，向控制中心送回实时的动态信息，就可完成特种车辆、公交车辆的监控。

目标查询包括属性查询和拓扑查询等内容。属性数据是在建立电子地图库时，融人其关系模型中，将图和属性数据分别进行存储和管理，在两者之间建立关联关系，可以相互查询。拓扑查询是在建立拓扑关系后，对其进行邻接、包含区域查询、显示。

*优路径的查询也是用户查询的一个重要内容，选择*优路径并不是简单意义上的寻找*短行车路程或距离。选择*优路径要综合考虑路况、时间、外界干扰、车流量等要素，通常的做法是通过已有的资料，分析某个时间段内路网资源的运输能力，定出相应的权函数，求出到达目的地的加权*小距离累积和。当出现突发事件或者交通堵塞时，改变相应的权为无穷大，阻塞此路段。控制中心将这些信息加工后，再返回给用户。在此路段适当的范围内建立缓冲区，提示缓冲区内的用户重新进行*优路径选择。缓冲区外的用户进人此缓冲区时，触发相应的阻塞消息，防止用户进人阻塞路段。阻塞路段恢复正常后，取消触发机制，恢复原来的权值。

电子地图库的存贮和检索电子地图及相关属性数据构成了电子地图库。由于电子地图库中包含丰富的图形和属性数据，自然出现了地图图形数据和属性数据等海量数据的存贮和检索问题。数据存储的基本要求是准确且便于快速检查。在建立电子地图时，需要采用合理的数据结构，对电子地图进行分层管理，提高检查的效率。在车载系统中，计算机把即将进人的路段图形数据调人缓冲区中，其它附属的图形和属性数据不调人，提高调用工作效率；只有车载系统进人查询状态时，计算机才将相应的信息调人缓冲区中，从而提高电子地图库检查速度。

2.2车辆导航定位智能交通中，导航定位的主要方法有：GPS、GPS/GLONASS、差分GPS（DGPS）、推算定位法（DR）、地图匹车载GPS系统通过天线接收卫星信号，实时解算，并利用车载计算机系统将坐标化为当前路网坐标，确定车辆的动态轨迹。目前GPS单点定位精度在10m左右。差分GPS是建立自己的基准站，观测卫星的运动轨迹，对GPS的卫星信号加以改正，提高GPS的定位精度。ITS导航定位中引人GLONASS卫星定位，可以减少对GPS的依赖性，增加可用卫星的数量。接受信号天线改成双星天线，同时接受GPS/GLONASS信号，利用双星系统提供的定位信息，进行相互订正，提高定位精度。ansonCHAO等针对GPS、GPS/GLONASS定位精度作了深入的研究，并在香港地区作了相应的试验。GPS单独定位时，接受可用信号的卫星数比较少，定位精度一般在40~80m；GPS/GLONASS定位精度一般可以达到10~60m.实验结果表明GPS/GLONASS双星定位的精度优于GPS的单独定位精度城市交通网中高层建筑林立，时常会产生GPS信号失锁、多路径效应、可接受信号的卫星数量少于4颗等因素，决定了不能单纯地依靠卫星定位系统来进行车辆导航。香港地区所作的试验结果表明，单独依靠卫星定位满足不了车辆导航定位精度的要求。香港地区人口密集，高层建筑林立，城中有许多窄街道，接受的信号受到了很大的限制，定位精度比较低。在Central、WanChi等地区，GPS/GLONASS接受可用信号的卫星数少，根本无法实现定位。单独采用卫星定位系统在车辆导航中具有很大的局限性。

DR的原理。因此，MM是在GPS和DR定位的基础上进行的辅助车辆导航，它并不能单独使用。

这几种定位方法各有优缺点，在ITS中单独应用各定位方法都无法满足车辆导航的定位精度要求。ITS中导航定位模块大多都融合多种方法来提高导航定位系统的精度。DGPS、DR、MM三者融合的定位精度可以得到10~15m的连续定位精度，可以满足城市车辆导航的要求。

2.3海量信息的存贮和检索尽管计算机硬件突飞猛进的向前发展，高性能的CPU和快速大量的内存不断出现，但仍需要优化设计数据结构和算法，加快从海量信息中检索所需信息的速度。ITS不仅需要地理空间信息、属性信息，还需要分时间段存贮相应的交通信息、动态信息等。某些具体的子系统还需要存储相应的行业信息。因此，提高实时检索和存储信息速度对于ITS来说尤为重要。此外，ITS系统中涉及到分布式数据的管理，异地用户通过网络对系统数据的查询和显示等问题。

GIS、GPS在ITS中的应用前景rrs在铁路运输中也有着广阔的应用前景。铁路作为特殊的运输部门，是国民经济的命脉，就我国铁路的现状而言，提速和增加铁路运输能力是今后发展的重点方向。为克服列车进人曲线时的离心力，铁路线路采用外轨超高的办法平衡列车受到的离心力，使列车安全平稳顺利通过曲线。我国铁路绝大多数线路客货共线，受外轨超高的影响，客货列车的自重不同，通过曲线时的速度也就不同，速度过高或过低都会影响行车安全。因此，过多的铁路曲线限制了列车的速度。

在我国的多山地区，由于地形条件限制，小半径曲线较多，严重制约着列车的速度。目前在既有线上提速的有效办法是引人摇摆式列车，要解决的关键问题之一（下转第40页）由上表可得，陀螺经纬仪测定井下定向边观测墩ELX到固定觇牌P1的方位角为214°44’21.07″.3.2陀螺经纬仪定向精度根据计算，仪器常数的中误差为*5.1″，取陀螺经纬仪测定陀螺方位角中误差为±6″.根据是列车何时进人曲线和曲线的半径多大，即列车的定位和既有线的现状，这实际上就是GPS、DR、MM和GIS中要解决的问题。因此，针对我国铁路状况，引人GPS、DR、MM和GIS技术将是铁路发展的一个重点方向。

我国的ITS刚处于起步阶段，制度还不健全，有许多需要进一步完善的地方，还有很长的路需要走。GIS、GPS在ITS的应用中，需要开展以下几个方面的工作：建立统一的规范、数据标准，实现各个企业之间、不同系统之间的融合。

建立完善的地理信息库，结合我国国情、用户需求，对地理信息数据进行合理的取舍和综合。

加强对外合作交流，加快我国ITS的发展速度。

ITS已开始在我国形成产业化，在广州、上海、北京已经有了相当数量从事ITS系统开发设计的公司，已开发出了特种车辆监控、城市交通管理等实用的系统。虽然，我国的ITS还处于探索阶段，但ITS蕴含联系三角形精密定向方法以及陀螺经纬仪精密定向技术的研究成果经过实际顶管工程的应用，得到以下几点结论：对称联系三角形定向和陀螺经纬仪定向的精度均满足城市地下工程高精度定向的要求。

在对称联系三角形定向中提高吊锤投点精度时，可进一’步的提高定向精度。因此，在浅井定向中有广泛的应用前景。

陀螺经纬仪定向精度与竖井深度无关，在深井定向中能达到较高的定向精度。